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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zum Verschweißen
der in einem Abstand voneinander liegenden Enden von Schienen aus
Stahl und bezieht sich mehr im Einzelnen auf das Verschweißen von
zwei beabstandeten Schienen für
Schienenfahrzeuge mittels eines Lichtbogenschweißverfahrens unmittelbar am
Einbauort der Schienen, also an einer Eisenbahntrasse od.dgl.. Obwohl
die Erfindung nachfolgend im Einzelnen im Zusammenhang mit dem Verschweißen von
Eisenbahnschienen beschrieben und dargestellt werden wird, ist sie
nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt, sondern kann auch dort
Einsatz finden, wo andere Schienentypen, beispielsweise Schienen
für Krane
oder andere mit Rädern
versehen Fahrzeuge oder Vorrichtungen miteinander verschweißt werden sollen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung von Schienenschweißverfahren
dar, wie sie in den US-Patenten 5,773,779 und 5,877,468 beschrieben
sind: Der Offenbarungsgehalt dieser älteren Patente wird hiermit
zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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In
der Vergangenheit sind enorme Anstrengungen unternommen worden,
um im Abstand voneinander liegende Eisenbahnschienen durch geeignete
Stumpfschweißverfahren
od.dgl. miteinander zu verbinden. Diese Anstrengungen haben zwar
enorme Kosten verursacht, sind jedoch wenig erfolgreich gewesen,
da die angewendeten Verfahren nur beschränkt geeignet waren, die Zeit
und die Kosten zur Durchführung
der Schweißverfahren
zu groß waren und/oder
keine dauerhaft haltbaren Schweißverbindungen erzeugt werden
konnten.
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Aus
der
US 3 192 356 ist
ein Schweißverfahren
mit verdecktem Lichtbogen bekannt, das gegenüber zuvor bekannten Gaspreßschweißtechniken und
elektrischen Abbrennstumpfschweißverfahren Vorteile bieten
soll. In den
US 3 308 266 und
4 429 207 wird ein weit verbreitetes Elektrolichtbogenschweißverfahren
beschrieben, wobei dieses Elektroschlackeschweißen angewendet wird, um die Spalte
zwischen aufeinanderfolgenden Eisenbahnschienen an deren Einbauort
auszufüllen.
Bei diesem Verfahren wird der Spalt zwischen den Schienen mit einem
Schweißbad
aus geschmolzenem Metall ausgefüllt,
das mit nicht erwünschter
Schweißschlacke überdeckt
ist. Um zu verhindern, daß ein
Großteil
des geschmolzenen Metalls aus dem Spalt zwischen den Schienen herausläuft, sind
seitliche Verschalungen und ein Bodenelement vorgesehen, die zur
Folge haben, daß das
zwischen den Schienen in den Spalt eingebrachte Metall sowohl unterhalb
als auch seitlich der Schienen im Spaltbereich vorspringt. Diese Druckschriften
beschreiben ein modifiziertes Elektroschlackeschweißen, das
an der Baustrecke des Gleises verwendet werden kann, wo die Schienen
nicht umgedreht werden können,
um sie normal zu verschweißen.
Die Vorteile des Elektroschlackeschweißens gegenüber dem ebenfalls bekannten
und heute weit verbreiteten Thermitschweißverfahren werden in den genannten
Druckschriften beschrieben. Folgt man diesen Beschreibungen, weist
das Thermitschweißverfahren
ganz erhebliche Nachteile auf, von denen bekannt ist, daß sie zu
einer großen
Anzahl von Schäden
geführt
haben. Diese Patente werden hier lediglich als allgemeiner Hintergrund
zum Stand der Technik angegeben, da sie das Elektroschlackeschweißen von
Schienen beschreiben, auch wenn dieses Verfahren mittlerweile aufgegeben
wurde, da es viele Unzulänglichkeiten
aufweist und nicht geeignet ist, am Einbauort der Schiene gleichmäßige und haltbare Schweißnähte zu erzeugen.
Vielmehr führt dieses
Verfahren zu sehr großen
Mengen geschmolzenen Metalls, was an der Baustrecke des Gleises Probleme
mit sich bringen kann.
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Angeblich
vorteilhaft gegenüber
dem Elektroschlackeverfahren ist ein kombiniertes Elektroschlacke-
und Schutzgasschweißverfahren,
wie es in der
US 5 175 405 beschrieben
wird. Dieses Patent beschreibt ein automatisches Schweißverfahren
zum stumpfen Verschweißen
der Stirnseiten zweier voneinander beabstandeter Eisenbahnschienen,
wobei ein Schutzgasschweißverfahren
mit einem Elektroschlackeverfahren kombiniert wird. Auch in dieser Druckschrift
werden die Nachteile der normalerweise verwendeten Thermitschweißtechnik
und die früheren
Versuche mit Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren
beschrieben. Wie dies bereits angedeutet wurde, ist die Ausfallziffer
von Verbindungen, die im Thermitschweißverfahren hergestellt werden,
sehr hoch; aufgrund der Schnelligkeit, mit der Schienen im Thermitverfahren
verschweißt
werden können,
dessen Wirtschaftlichkeit und in Ermangelung eines erfolgreichen
Lichtbogenschweißverfahrens
werden Schienen jedoch bis heute im Thermitschweißverfahren
direkt an der Baustelle des Gleiskörpers miteinander verschweißt. Ein
Nachteil des kontinuierlichen Lichtbogenschweißens, wie es in der
US 5 175 405 beschrieben
wird, besteht darin, daß der
Lichtbogen kaum gestartet werden kann, es jedoch erforderlich ist,
den Lichtbogen beim Schweißen
immer wieder neu zu starten und aufhören zu lassen. Um diese Nachteile
zu vermeiden, wird mit dieser Druckschrift vorgeschlagen, im Sockelbereich
des Spaltes zwischen den Schienen ein Unterpulver-Schweißverfahren
zu verwenden, um den Start des Schweißens zu erzwingen und nachfolgend
ein kontinuierliches Lichtbogenschweißen zu ermöglichen. Die
US 5 175 405 wird hier als technologischer
Hintergrund erwähnt,
da darin die Nachteile des Thermitschweißverfahrens, die Schweißtechnik
mit Dauerbrandlichtbogen und das Unterpulverschweißen beschrieben sind,
von welchen Schweißverfahren
sich keines als erfolgreich in der Praxis erwiesen hat. Die durch
diese Druckschrift vorgeschlagene Lösung, ein Schutzgasschweißverfahren
mit dem Elektroschlackeschweißen
zu kombinieren, wobei die Schutzgastechnik im unteren Bereich des
Spaltes zur Anwendung kommt, um dort die Nachteile des bis dahin
versuchten, reinen Elektroschlackeschweißens zu vermeiden, hat sich
in der Praxis am Einbauort der Schienen als nicht erfolgreich erwiesen,
da es auch mit diesem Verfahren nicht möglich ist, eine erste Schicht
Elektrodenmetall am Boden des Spaltes sauber einzubringen.
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Aus
der
US 5 605 283 ist
es bekannt, Eisenbahnschienen untereinander mit mehreren Schweißraupen
zu verbinden, die quer zur Längsrichtung
der Schienen verlaufen und die auch in jeweils zwei Schweißlagen nebeneinander
im Spalt zwischen den beiden Schienen angeordnet sein können. Die Schweißraupen
steigen vom Sockelteil der Schienen zu deren Kopfstücken parallel
in Querrichtung und in Längsrichtung überlappend
an und werden unter Inert-Schutzgas gelegt. Drei Bereiche der Schienen, nämlich deren
Sockel, Steg und ihr Kopfteil werden getrennt und nacheinander miteinander
verschweißt, so
daß es
verfahrensgemäß möglich ist,
in den verschiedenen Schweißzonen
verschiedene Elektrodenmaterialien einzusetzen. Dieses Schweißverfahren
macht es erforderlich, das Schweißen zwischen den aufeinanderfolgenden
Schweißbereichen
zu unterbrechen und ist daher sehr zeitaufwendig und teuer.
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Beim
Einbau und der Reparatur von Schienen für Schienenfahrzeuge müssen die
Schienen an ihren stirnseitigen Enden häufig miteinander verbunden
werden, während
das Gleis in Betrieb ist oder an der Baustrecke eingebaut wird.
Dabei soll eine Verbindung zwischen den Schienen geschaffen werden, die
eine hohe Festigkeit hat, deren metallurgische Eigenschaften eingestellt
bzw. festgelegt werden können,
die keine Risse bekommt und die in sehr kurzer Zeit wirtschaftlich
herstellbar ist. Nach einem Anforderungspunkt für einen solchen Schweißprozeß muß die Schweißverbindung
in deutlich unter 45 min. herstellbar sein, da es sonst zu Verspätungen oder
Umleitungen des Schienenverkehrs kommt. Derzeit werden zwei Verfahren
angewendet, um Schienen an ihrem Einbauort miteinander zu verbinden.
Das erste Verfahren ist das sogenannte Thermitschweißverfahren,
bei dem die im Abstand voneinander liegenden Schienen mit einer
geeigneten Sandform eingeformt werden und geschmolzener Stahl in
die Form gegossen wird, der den Spalt zwischen den beiden benachbarten
Schienen ausfüllt.
Wenn sich das geschmolzene Metall wieder verfestigt, sind die Schienen
miteinander verbunden. Unglücklicherweise
führt dieses allgemein
angewendete Verfahren zu sehr hohen Ausfallziffern, die bis zu 75%
aller Verbindungsstellen betreffen. Bei diesem Verfahren müssen nämlich auch
die Schienen selbst von dem geschmolzenen, in den Spalt zwischen
den Schienen eingegossenen Stahl angeschmolzen werden, was nicht
immer geschieht und so zu den hohen Ausfallzahlen bei den am Einbauort
hergestellten Verbindungen führt.
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Um
die Nachteile des weit verbreiteten Thermitverfahrens deutlich zu
verringern, bei dem Stahl in die Spalte zwischen den Schienen gegossen
wird, können
die Schienenenden miteinander im Abbrennschweißverfahren verbunden werden,
wobei die Stirnseiten der Schienen unter sehr hohen Kräften gegeneinandergepreßt werden,
während
Strom durch die Schienen geleitet wird. Dadurch schmelzen die stirnseitigen
Enden der Schienen an und verschweißen miteinander. Mit diesem
Verfahren wird die Ausfallquote der Verbindungen auf unter 10% reduziert.
Jedoch wird das Abbrennschweißen
am besten bei Schienen in der Fabrik angewendet, wo die Schienen
nicht an Schwellen befestigt sind und mit Hilfe von fest installierten
hydraulischen Maschinen gegeneinandergepreßt werden können. Um den Nachteil des üblicherweise
angewendeten Thermitverfahrens zu vermeiden, ist das Abbrennschweißverfahren
zur Verwendung am Einbauort der Schienen modifziert worden. Jedoch
ist der Zeitaufwand für
dieses Schweißverfahren
deutlich höher
als der für
das Thermitschweißen,
da die Schienen zum Aufbringen des hydraulischen Druckes eingespannt
werden müssen,
was es erforderlich macht, zumindest eine der beiden miteinander
zu verbindenden Schienen von den Schwellen zu lösen. Dieser Arbeitsschritt
wird von Hand durchgeführt
und nach dem Verschwei ßen
muß die
sichere Verbindung zwischen Schiene und Schwellen wieder hergestellt
werden, was sehr zeitaufwendig ist.
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Ein
weiterer Nachteil dieses Abbrennschweißverfahrens besteht darin,
daß die
Schienen beim Verschweißen
etwas kürzer
werden. Dies hat zur Folge, daß kurze
Schienenabschnitte in den Schienenstrang eingespleist werden müssen, die das
für die
Schweißnaht
erforderliche Schienenmaterial ausgleichen.
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Weiterhin
von Nachteil ist es, daß es
erforderlich ist, die hydraulische Ausrüstung, die zur Erzeugung der
enormen Druckkräfte
zwischen den Schienen benötigt
wird, zu abgelegenen Orten zu transportieren, wo der Schienenstrang
gebaut wird. Bei dem Stumpfschweißen wird auch ein Grat am Umfang
der miteinander verbundenen Schienen erzeugt, der anschließend abgeschert
und überschliffen
werden muß,
um ein sanftes Abrollen der Räder auf
den Schienen zu gewährleisten
und Spannungskonzentrationen an der Verbindungsstelle zu vermeiden.
Auch wenn das Stumpfschweißverfahren
die Ausfallquote von am Einbauort hergestellten Verbindungen drastisch
reduziert, wird das Thermitschweißverfahren immer noch angewandt,
da es schnell und einfach durchgeführt werden kann, indem einfach
eine Form um den Spalt zwischen den beiden beabstandeten Schienen
hergestellt und der Spalt dann ausgegossen wird. Dieses Verfahren
erfordert weder eine große
hydraulische Anlage noch ist es teuer. Der hohen Ausfallquote wird
dadurch begegnet, daß im
Schadensfalle an einer Verbindungsstelle das Thermitschweißverfahren
einfach erneut durchgeführt
wird. Hierzu muß jedoch
ein großer
Teil der Schiene aus dem Schienenstrang herausgeschnitten werden
und ein neues Schienenteil in den offenen Bereich eingesetzt werden.
Demgemäß müssen für jede beschädigte Thermitverbindung zwei
neue Termit-Schweißstellen
hergestellt werden, die natürlich
wiederum die hohe Schadensanfälligkeit haben.
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Auch
wenn das Thermitschweißverfahren weiterhin
im großen
Umfang angewendet wird, ergibt sich aus Vorstehendem, daß ein ganz
er hebliches Bedürfnis
für ein
Verfahren besteht, mit dessen Hilfe Schienen an ihrem Einbauort
miteinander verbunden werden können,
wobei das Verfahren die dem Thermitschweißverfahren zugesprochenen Vorteile,
jedoch nicht deren hohe Ausfallquote hat. Um diesem seit Jahren
bestehenden Bedürfnis
gerecht zu werden, wurden immer wieder Versuche mit Lichtbogenschweißverfahren
gemacht, beispielsweise mit Elektroschlackeverfahren, kontinuierlichem
Lichtbogenschweißen
und Unterpulverschweißen
sowie Kombinationen dieser Verfahren. Keines dieser Verfahren ist
erfolgreich gewesen, da hierzu kaum zu handhabende große Ausrüstungen
erforderlich waren, das Schweißen
und anschließende Überschleifen
der Schweißnaht
unerwünscht
lange dauerte und akzeptable Ausfallquoten nicht erreicht wurden.
Insbesondere das Lichtbogenschweißen im unteren Bereich des
Spaltes zwischen den Schienen erfolgte nicht gleichmäßig genug.
Darüber
hinaus sind diese bisherigen Versuche, das Lichtbogenschweißen zum
Verbinden der stirnseitigen Enden von Schienen für Schienenfahrzeuge einzusetzen,
teuer gewesen, erforderten eine sehr aufwendige Ausrüstung und
benötigten
viel Zeit, um den Schweißvorgang
vorzubereiten und den Schweißprozeß tatsächlich durchzuführen. Diese
Zeit steht zum Verschweißen
der Schienen vor Ort nicht zur Verfügung.
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Die
in den vorerwähnten
Patenten
US 5 773 779 und
US 5 877 468 offenbarten
Schweißverfahren und
-anordnungen befassen sich mit den vorbeschriebenen Nachteilen und
Problemen, die bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik
festgestellt wurden. Mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen
ist es möglich,
die Enden von Stahlschienen zu verbinden, indem diese in Längsrichtung
in einem Abstand voneinander angeordnet werden, so daß sie einen
Spalt bilden, der sich quer zwischen den Schienen erstreckt und
der Sockel-, Steg- und Kopfbereiche hat, woraufhin im Sockelbereich
des Spaltes eine Sperrplatte so angeordnet wird, daß sie für einen
elektrischen Kontakt zwischen sich und den beiden Schienen sorgt.
Danach wird der Sockelbereich, Stegbereich und Kopfbereich des Spaltes
mit geschmolzenem Metall in einem Schutzgas-Elektrolichtbogenschweißverfahren
ausgefüllt, das
dadurch in Gang gesetzt wird, daß eine Schweißpistole
nach unten in den Spalt eingebracht wird, bis die Zusatzmetallelektrode
die Sperrplatte berührt
und der Lichtbogen überspringt.
Insbesondere wird bei den Verfahren und Anordnungen nach dem oben
erwähnten US-Patent
5,773,779 die Wurzellage mittels eines Sprüh-Lichtbogenschweißverfahrens
hergestellt, wobei die Elektrode quer durch den Spalt bewegt und gleichzeitig
in Längsrichtung
hin- und herbewegt wird. Das Sprühschweißverfahren
erlaubt in vorteilhafter Weise eine große Eindringtiefe und erzeugt eine
große
Hitze in dem großen
Bereich am Sockelbereich der Schienen. Nachdem die Wurzellage und die
nächsten
paar Lagen im Sprühübertragungsverfahren
aufgetragen sind, wird die Stromversorgung auf ein Lichtbogenschweißverfahren
im Impulsmodus umgeschaltet und es werden weitere Durchgänge geschweißt, um den
Rest des Spaltes im Sockelbereich auszufüllen, wozu wiederum die Elektrode quer
durch den Spalt bewegt und gleichzeitig in Längsrichtung der Schienen oszilliert
wird. Wenn man sich beim Ausfüllen
des Spaltes dem unteren Ende des Stegbereiches nähert, werden an die Querschnittsform
der Schienen angepasste Kupferschuhe gegen diese angestellt, um
den Spalt im Bereich des Steges und im Kopfbereich der Schienen
seitlich zu schließen,
woraufhin der Spalt zwischen den Stegen der beiden zu verscheißenden Schienen
im Impuls-Lichtbogenschweißverfahren
zugeschweißt wird.
Hierbei wird wiederum die Elektrode quer durch den Spalt und gleichzeitig
in Längsrichtung
der Schienen hin- und herbewegt, so daß das geschmolzene Metall gegen
die Schuhe und die stirnseitigen Enden der Schienen fliesst, die
den Stegspalt begrenzen. Beim Aufschweißen der nacheinander gelegten
Schweißraupen
im Stegspalt wird die Elektrode seitlich in entgegengesetzten Richtungen
entlang eines einzelnen Weges bewegt, der abgesehen vom der oszillierenden
Bewegung der Elektrode geradlinig verläuft. Beim Ausfüllen des
Spaltes im Kopfbereich werden nach dem US-Patent 5,773,779 die Raupen
des Füllmaterials
in einer Art und Weise gelegt, die für eine Verstärkung der
Schweißnaht
an den seitlich einander gegenüberliegenden Übergangsbereichen
und dem zentralen Teil der Schienenköpfe sorgt. Hierdurch wird ein
sehr guter Schutz gegen eine Trennung des Kopfes vom Stegbereich während des
Gebrauchs der Schiene gegeben, bei dem große Kräfte von Lokomotiven, Eisenbahnwaggons
oder anderen Fahrzeugen auf die Schienen ausgeübt werden, die über die
Schienen fahren und wellenartige Verformungen in den Schienen bewirken,
die sich auch durch die geschweißten Verbindungen zwischen
diesen fortsetzen. Mehr im einzelnen werden also hierbei Schweißmaterialraupen kontinuierlich
eine nach der anderen in Querrichtung und vertikal übereinander
zwischen den äußeren Kanten
von Sockelbereich, Stegbereich und Kopfbereich der Schienen gelegt,
wobei die Bewegung der Schweißelektrode
beim Beginn des Schweißens
einer Raupe verzögert
begonnen wird und vertikal aufeinanderfolgende Schweißlagen erzeugt
werden, die sich in entgegengesetzten Richtungen zueinander erstrecken.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren, wie es aus der
US 5 773 779 bekannt gewesen ist, dahingehend
zu verbessern, daß damit
die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden und durch Schutzgasschweißen die
im Abstand voneinander liegenden, stirnseitigen Enden von Schienen,
beispielsweise von Eisenbahnschienen, an deren Einbauort miteinander
wirtschaftlicher und schneller verbunden werden können, wobei
das neue Verfahren eine mechanisch und metallurgisch überzeugende Verbindung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mit
der Erfindung wird eine Schweißgestaltung
zum Ausfüllen
der Spalte zwischen Sockel-, Steg- und Kopfbereichen der Enden von
Stahlschienen geschaffen, die miteinander verbunden werden sollen,
wobei dieses Verfahren es ermöglicht,
den Schweißvorgang
besser zu kontrollieren, der somit eine bessere Schweißqualität zur Folge
hat. Wie zuvor kann zunächst
eine Sperrplatte aus Stahl im Sockelbereich des Spaltes angeordnet
werden. Anschließend
werden die Schienen auf eine Temperatur von etwa 900° Fah renheit
vorgewärmt
und dann wird der Spalt im Sockel-, Steg- und Kopfbereich mit geschmolzenem
Metall im Schutzgas-Elektrolichtbogenschweißverfahren
ausgefüllt,
was in Gang gesetzt wird, wenn eine Schweißpistole nach unten gerichtet
soweit in den Spalt gebracht wird, bis ihre aus dem Füllmaterial
bestehende Metallelektrode mit dem Füllmaterial die Sperrplatte
berührt.
Die beiden Schienen sind geerdet und die Sperrplatte liegt an den
Schienen an, so daß ein
elektrischer Kontakt zwischen der Sperrplatte und den Schienen hergestellt
ist. Die Drahtkernelektrode kann eine Elektrode der Anmelderin Lincoln
Electric sein, die unter der Bezeichnung "Rail weld" erhältlich
ist und die mit einem geeigneten Schutzgas aus 95% Argon und 5% Kohlendioxid
oder Sauerstoff abgeschirmt ist. Die Metallzusammensetzung der Elektrode
wird so ausgewählt,
daß sie
zu dem Metall der im Abstand voneinander angeordneten Schienen passt,
um die erforderliche Streckgrenze zu erhalten. Die Gasabschirmung
wird in üblicher
Weise um die vorgeschobene Metallkernelektrode erzeugt. Wie an sich
bekannt, verwendet die vorliegende Erfindung eine hochwertige, digital
gesteuerte bzw. geregelte Stromversorgungseinrichtung wie beispielsweise
eine Stromversorgung "Lincoln
Electric Powerwave 450", die
in der Lage ist, sofort zwischen einem Sprühlichtbogenschweißverfahren
unter konstanter Spannung und einem kontrollierten Impulslichtbogenschweißverfahren
hin- und herzuschalten.
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Nach
einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
daß zunächst eine Wurzellage
im Sockelbereich im Sprühschweißverfahren
geschweißt
wird und dann die zweite Lage im Sockelbereich anfänglich im
Impulslichtbogenschweißverfahren
und am Ende im Sprühschweißverfahren
hergestellt wird und daß das
restliche Ausfüllen
des Spaltes im Sockel-, Steg- und Kopfbereich unter Verwendung eines
Impuls-Lichtbogenschweißverfahrens
erfolgt. Das Sprühschweißen beim
Erzeugen der Wurzellage sorgt für
eine große
Eindringtiefe und hohe Hitze im großen Bereich an der Basis der Schienen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Wurzellage
hergestellt, indem die Elektrode durch den Spalt im Sockelbereich
entlang eines einzigen Pfades oder Durchgangs bewegt wird, während sie
seitlich relativ zur Richtung des Pfades, also quer zu ihrer Hauptbewegungsrichtung
oszilliert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die zweite
Schicht hergestellt, indem unmittelbar nach dem Aufschweißen der
Wurzellage vom Sprühschweißen zum
Impulslichtbogenschweißen
umgeschaltet wird und die Elektrode entlang eines. rechteckigen
Weges bewegt wird, dessen eine Seite entlang der Stirnfläche von
einer der Schienen zum gegenüberliegenden
Ende des Spaltes verläuft,
dann in Längsrichtung
des Spaltes, d.h. in Schienenlängsrichtung
in Richtung auf die Stirnfläche
der anderen Schiene, und von dort mit der zweiten Seite parallel zu
dieser letztgenannten Stirnfläche
zurück
zum Ausgangsende der zweiten Schicht.
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Die
Sockelteile der Schienen und damit auch der Spalt in diesem Bereich
haben eine Breite von etwa 150 mm (6 in) und an einer Stelle, die
vorzugsweise etwa 50 mm (2 in) vom Ende der zweiten Schicht liegt,
wird das Schweissverfahren ohne Unterbrechung vom Impulsschweißen zum
Sprühschweißen umgeschaltet,
um die zweite Lage fertig zu schweißen. Das Muster, in dem die
Schweißraupen
gelegt werden und das zum Einsatz gebrachte Schweißverfahren
ermöglichen
es, das Schweißmetall
kontinuierlich ohne Erlöschen
des Lichtbogens aufzutragen, wobei die Zeit, die für den Auftrag
der Schweißnähte der
zweiten Lage entlang einer Seite des Spaltes und anschließend zurück entlang
der anderen Seite des Spaltes benötigt wird, es erlaubt, das der
zuletzt geschweißte
Teil der Wurzellage sich ausreichend verfestigen und abkühlen kann.
Das Umschalten vom Impuls- zum Sprühschweißverfahren für einen
Bereich von zumindest 50 mm (2 Inch), der zweiten Schicht verbessert
die Erstarrungstruktur der Mittellinie bei der Wurzellage. Beim
zuletzt geschweißten
Teil der Wurzellage entsteht ein Schweißkrater, indem das Schweißmetall
ausgehend von den äußeren Kanten
zum Zentrum hin erstarrt, wodurch es zu Schwund des Materials kommt.
Das Zentrum des Kraters oder des Lunkers kann eine grobe Kornstruktur
haben und sich auseinanderziehen und dadurch einen Schweißfehler
zur Folge haben. Das Sprühschweißverfahren
konzentriert sich auf diesen Krater- oder Lunkerbereich und hat
einen tief eindringenden Lichtbogen, der den Wurzelkrater wieder
aufschmilzt, einen etwa vorhandenen Schwund auffüllt und die Kornstruktur wieder
zum besseren verändert.
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Nach
Vollendung des zweiten Durchganges wird der Schweißbetrieb
unverzüglich
wieder auf Impuls-Lichtbogenschweißen umgestellt und der Rest des
Spaltes im Sockelbereich wird ausgefüllt, indem die Elektrode kontinuierlich
entlang von Rechteckwegen bewegt wird, deren Seiten entlang der
Schienenstirnflächen
und zwischen den äußeren, einander
gegenüberliegenden
Kanten des Spaltes verlaufen. Vorzugsweise wird beim Schweißen der
zweiten und folgenden Lagen im Sockelbereich die Elektrode quer
zu ihrer Bewegungsrichtung entlang der Seiten und Enden ihres rechteckigen
Weges oszilliert. Wenn der Spalt in seinem Sockelbereich vollständig ausgefüllt ist,
werden Kupferschuhe an die einander gegenüberliegenden Seiten des Spaltes
im Steg- und Kopfbereich gelegt und anschließend wird der Spalt vollständig im
Impuls-Lichtbogenschweißverfahren
ausgefüllt.
Dabei wird vorzugsweise so vorgegangen, daß der Spalt im Stegbereich
ausgeschweißt
wird, indem die Elektrode im Spalt in entgegengesetzten Richtungen
entlang vertikal benachbarter Pfade vorgeschoben wird, während sie
quer in Bezug auf ihre Hauptbewegungsrichtung entlang der Pfade
oszilliert. Der Kopfspalt wird dann ausgefüllt, indem die Elektrode entlang
Ecken bildender Wege wie zuvor beschrieben bewegt wird, während sie
vorzugsweise quer zur Hauptrichtung ihrer Bewegung entlang der Längs- und
Querseiten ihres Weges oszilliert. Das Ausfüllen des Spaltes im Kopfbereich
in der beschriebenen Weise dient dazu, eine ähnliche Schweißnahtstruktur
zu erhalten, wie sie in dem älteren US-Patent
5,773,779 dargestellt und beschrieben ist, zu welchem Zweck die
Bewegung der Elektrode in den einzelnen Ecken des Schweißweges entlang
der Längs-
und Querseiten bzw. Diagonalen des Spaltes unterbrochen oder verzögert wird.
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Die
ausschließliche
Verwendung des Impulsschweißverfahrens
beim Zuschweißen
des Rests des Sockelspaltes, des Spaltes im Stegbereich und im Kopfbereich
ermöglicht
es in vorteilhafter Weise, die bestmögliche Kontrolle über den
Schweißprozess zu
behalten. Insoweit ist es möglich,
eine vollständige Durchschmelzung
an den stirnseitigen Endflächen der
Schienen zu erreichen, ohne zuviel Schienenmaterial anzuschmelzen.
Auch der Eintritt von unerwünschten
chemischen Elementen in das Schweißbad wird minimiert, so daß verhindert
wird, daß sich solche
chemischen Elemente aufkonzentrieren, die damit zu einem Schweißdefekt
führen
könnten. Durch
die Bewegung der Elektrode entlang des Ecken bildenden Schweißweges wird
es in vorteilhafter Weise möglich,
die Breiten des Spaltes zwischen den miteinander zu verbindenden
Schienen zu variieren, ohne dabei die Schweißqualität aufs Spiel zu setzen, da
der eckige Schweißweg
es möglich macht,
die Schweißnaht
relativ zu den Schienenstirnseiten anzupassen.
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In
vorteilhafter Weise stellt die Erfindung ein verbessertes Verfahren
zum Schutzgas-Lichtbogenverschweißen von Stahlschienen zur Verfügung, wobei
das Verfahren sehr schnell am Einbauort der Schienen im Gleis eingesetzt
werden kann und eine geringe Ausfallrate der Verbindungen gewährleistet.
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Durch
die Erfindung wird es in vorteilhafter Weise möglich, beim Verbinden von Stahlschienen eine
erheblich bessere Kontrolle über
den Schweißprozess
zu behalten. Durch die besonders vorteilhafte Weise der Herstellung
der Wurzellage und der zweiten Lage Schweißmetall im Sockelspalt wird
sichergestellt, daß die
zweite Lage einen tief eindringenden Lichtbogen erzeugt, der den
am Ende der Wurzellage erzeugten Krater oder Lunker wieder aufschmilzt
und so für
die gewünschte
Kornstruktur sorgt und sicherstellt, daß die vorhandene Schwindung
wieder ausgefüllt
wird.
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Mit
der Erfindung kommt ein Schweißraupenmuster
in dem Kopfspalt zwischen den Schienen zur Anwendung, das für eine verbesserte Schweißqualität sorgt
und es erlaubt, die Länge
des Spaltes in Schienenlängsrichtung
zwischen den Schienen ohne Einfluss auf die Schweißqualität zu verändern. Darüber hinaus
ist es bei der Erfindung möglich,
die seitlich, also quer zur Schienenlängsrichtung einander gegenüberliegenden
Kanten der Schienenköpfe durch
die besondere Art des Schweißens
zu verstärken
und dadurch einen bestmöglichen
Schutz gegen vertikale Trennung der Schienenköpfe von den Schienenstegen
zu schaffen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß damit
Stahlschienen in einer Art und Weise verbunden werden können, bei
der die Festigkeit der Schweißnaht
und im Spalt zwischen den Schienenköpfen besonders hoch ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beispielhaft näher
erläutert wird.
Es zeigt:
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1 einen
Ausschnitt aus einem Eisenbahngleiskörper mit im Abstand voneinander
angeordneten, noch unverschweißten
Schienen in einer perspektivischen Darstellung;
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2 einen
Ausschnitt aus einer Schiene in ihrem Endbereich mit darauf abrollendem
Rad eines Schienenfahrzeuges in perspektivischer Darstellung und
teilweise im Schnitt;
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3 zwei
im Abstand voneinander angeordnete, für das Verscheißen nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorbereitete Schienen mit einer Sperrplatte, einem Wärmeisolierungselement,
einem Unterlegschuh und seitlichen Schalungsschuhen in einer Seitenansicht;
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4 einen
Schnitt längs
der Linie 4-4 nach 3;
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5 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, entlang der Linie 5-5 nach 3;
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6 die
Sperrplatte in einer perspektivischen Darstellung;
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7 ein
Teilquerschnitt der Sperrplatte nach 6;
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8 einen
Querschnitt entlang der Linie 8-8 nach 5, der die
Stellung der Elektrode beim Aufschweißen der Wurzellage zeigt;
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9 eine
perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Sperrplatte;
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10 eine
Schiene in stirnseitiger Ansicht zur Erläuterung der Bereiche des Spaltes,
die im Sprühschweißverfahren
mit konstanter Spannung und im Impulsschweißverfahren nach der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung geschweißt
werden;
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11 eine
schematische Darstellung der Position der Elektrode zu Beginn des
Durchgangs für die
Wurzellage;
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12 eine
schematische Darstellung der etwa rechteckförmigen Bewegung der Elektrode beim
Erstellen der zweiten Lage im Sockelspalt;
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13 eine
schematische Darstellung des rechteckförmigen Bewegungspfades der
Elektrode beim Herstellen der übrigen
Schweißraupen
mit Schweißmetall
in dem Spalt im Sockelbereich;
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14 eine
vereinfachte, teilweise geschnittene Draufsicht zur Erläuterung
der Bewegung der Elektrode beim Ausfüllen des Spaltes im Stegbereich;
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15 eine
schematische Darstellung der in 14 dargestellten
Schweißpistole
und -elektrode;
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16 die
Schweißpistole
und -elektrode im Spalt im Stegbereich in einer vereinfachten Seitenansicht
gesehen in einer Richtung von rechts nach links nach 14;
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17 einen
vergrößerten Querschnitt durch
den Spalt zwischen den Schienenköpfen
zur Darstellung des Schweißens
einer Schweißraupe
in dem Spalt zwischen den Übergangsbereichen
der Schienenköpfe
nach der vorliegenden Erfindung;
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18 eine
Detaildarstellung der Schweißelektrode
am Anfangspunkt der Schweißnaht
entsprechend deren linken Ende in 17;
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19 eine
schematische Darstellung des rechteckförmigen Weges der Elektrode
beim Aufschweißen
von Füllmaterial
im Übergangsbereich des
Kopfspaltes;
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19a eine schematische Darstellung des Elektrodenwegs
beim Aufschweißen
von Zusatzwerkstoff in den ganz breiten Bereich des Kopfes;
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20 eine
vergrößerte Schnittdarstellung entlang
der Linie 20-20 des Anfangsbereiches der Schweißnaht nach 19;
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21 mehrere
nach der vorliegenden Erfindung übereinander
geschweißte
Schweißraupen im
Kopfspalt in einem Schnitt längs
der Linie 21-21; und
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22 einen
Schnitt durch den zwischen den Schienen zugeschweißten Spalt
zur Erläuterung der
Schweißmaterialablage
in den Übergangsbereichen
zwischen Steg und Kopfteil der Schienen nach der Erfindung.
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1 zeigt
ein Gleis A einer Eisenbahnstrecke mit Schienen 10 und 12,
die zur Bildung eines endlosen Schienenstranges miteinander verbunden werden
sollen. Die Schienen sind auf Schwellen 20 eines Gleisbettes
B bzw. darauf angeordneten Unterstützungskappen 30 angeordnet
und mit Schienennägeln 32 gesichert.
Dabei sind die Schienen 10 und 12 so angeordnet,
daß sie
zwischen ihren Stirnseiten einen Spalt g freilassen,
der mit geschmolzenem Metall ausgefüllt werden soll, um die beiden
Schienenelemente 10 und 12 unmittelbar am Einbauort
der Schienen miteinander zu verbinden. Der Spalt g kann dabei ein Spalt zwischen zwei Schienenabschnitten sein,
die zur Reparatur miteinander verbunden werden sollen oder es kann
sich um den Spalt zwischen zwei Einzelschienen handeln, die beim
ersten Herstellen des Gleiskörpers
zur Bildung einer endlosen Schiene miteinander verschweißt werden.
Wenn der Spalt g Reparaturzwecken
dient, ist es manchmal erforderlich, die Schienen ein Stück zu kürzen und
ein längeres
Reparaturstück
einzusetzen. Ein derartiges Verfahren wird angewandt, um Schienen
oder deren Verbindungsstellen zu reparieren, die gebrochen sind,
oder um Verbindungsstellen zu erneuern, die sich als fehlerhaft
erwiesen haben. In all diesen Fällen
bilden die beiden miteinander zu verbindenden Schienen 10 und 12 bzw.
Schienenelemente zwischen sich einen Spalt g, der im allgemeinen eine Spaltbreite
in Schienenlängsrichtung
von etwa 25 mm (1 in) aufweist.
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Der
Spalt g verläuft quer
zur Längsrichtung der
Schienen 10 und 12 und weist an den in der Breite
gegenüberliegenden
Seiten der Schienen in Längsrichtung
gegenüberliegende
Enden auf.
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Wie
sich insbesondere aus 2 ergibt, hat die Schiene 10 ein
Standardprofil oder einen Standardquerschnitt mit einem unteren
Sockelteil 40, der vergleichsweise breit ist und der eine
Auflagefläche 42 bildet,
die eine stabile Auflage der Schiene auf den Schwellen 20 gewährleistet,
um das Gewicht der auf dem Gleis fahrenden Schienenfahrzeuge zu
tragen.
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Der
Sockelteil 40 weist zwei zur Sockelmitte hin ansteigende
Oberseiten 44, 46 auf, die mit unteren Ausrundungen 52 in
einen aufragenden, vertikalen Steg 50 übergehen. Am oberen Ende des Steges geht
dieser mit oberen Ausrundungen 54 in ein Kopfteil 60 mit
einem vergleichsweise großen
Mittelstück 62 und
einer oberen Radablauffläche 64 über, die auch
als Schienenkrone oder Schienenscheitel bezeichnet wird und auf
der ein Rad W eines Schienenfahrzeuges mit seiner zylindrischen
Abrollfläche 70 abrollt,
während
eine Radscheibe 72 des Rades W verhindert, daß es zu
weit nach außen
zur linken Seite des Kopfteiles 60 verläuft, während der Zug auf dem Gleis
entlangrollt. Angesichts des Anlaufens des Rades mit der Radscheibe 72 am
Mittelstück 62 des Schienenkopfes
und der großen
Gewichtslast, die über
den Radzylinder 70 auf die obere Radablauffläche 64 der
Schiene übertragen
wird, hat das Kopfteil 60 üblicherweise eine Brinellhärte von
300 (–60,
+40) auf der Brinellskala. Da der Kopfbereich der Schiene gehärtet ist,
muß der
verwendete Werkstoff zumindest in diesem Kopfbereich ein vergleichsweise hochlegierter
Stahl sein. Die Stahllegierung, die als Füllmaterial zum Ausfüllen des
Spaltes g verwendet wird, ermöglicht eine
Härte zumindest
im oberen Schienenbereich beim Spalt g,
die den Anforderungen an die Schweißnahtgüte der Schiene erfindungsgemäß entspricht.
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In
den 3 bis 5 und 8 sind diejenigen
Teile der Schiene 12, die den jeweiligen Teilen der benachbarten
Schiene 10 entsprechen, mit dem Index a versehen. Die Erläuterung
dieser Teile wird im nachfolgenden lediglich im Zusammenhang mit der
Schiene 10 erfolgen, wobei die jeweiligen Teile an der
Schiene 12 entsprechend ausgestaltet sind. Dieselben Bezeichnungsregeln
werden nachfolgend auch bei der Beschreibung von Kupferschuhen SH1 und
SH2 zur Anwendung kommen, die die Schienen 10 bzw. 12 übergreifend
angeordnet werden.
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Wendet
man sich nun den 3 bis 8 zu, erkennt
man, daß die
Unterseiten 42 und 42a der Sockel der Schienen 10 und 12 jeweils
eine sich quer erstreckende Bodenkante 100 bilden, deren
Länge dem
Abstand zwischen den an den Seiten der Schienen einander gegenüberliegenden
Enden des zugehörigen
Schienensockels entspricht, wie dies in den 4 und 5 besonders
gut erkennbar ist. Am besten aus den 5 bis 7 ist
ersichtlich, daß bei
dieser Ausführungsform
eine Sperrplatte P zum Einsatz kommt, die in Längsrichtung des Spaltes g langgestreckt ist und die
in der Länge
voneinander beabstandete Endbereiche 102 sowie in Querrichtung,
also in Schienenlängsrichtung,
des Spaltes gegenüberliegende
Seitenkanten 104 aufweist, die von dem einen Ende 102 zum
anderen verlaufen. Die Sperrplatte P hat ferner eine Oberseite 106 und
eine Unterseite 108, die mit Schrägflächen 110 versehen ist.
Jede der Schrägflächen beginnt
etwa 1 mm (0,04 Inch) unterhalb der Oberseite 106 und verläuft von dort
nach unten und innen ausgehend von der zugehörigen Kante 104 unter
einem Winkel von etwa 30° zur
Oberseite. Die seitlich einander gegenüberliegenden Kanten 104 geben
der Sperrplatte eine Breite, die größer ist als die Breite des
Spaltes g zwischen den Schienensockeln.
An der Oberseite 106 sind Ausnehmungen 112, ausgehend
von den Seitenkanten 104 nach innen und zwischen den seitlichen
Enden der Sperrplatte vorgesehen. Jede der Ausnehmungen 112 hat
einen Bodenbereich 114, der parallel zur Oberfläche 106 verläuft, und
eine innere Seitenwand 116 rechtwinklig zum Bodenbereich 114 und
parallel zur zugehörigen
Seitenkante 104. Die Seitenwände 116 begrenzen
zwischen sich einen zentralen Bereich 118 der Sperrplatte,
dessen Breite so bemessen ist, daß sie in den Spalt g hineinragen kann, wie dies in 8 dargestellt
ist. Wie sich aus dieser Darstellung ferner ergibt, untergreifen
die Ausnehmungen 112 die benachbarten Bereiche der Sockel 40 und 40a der
Schienen 10 und 12 und bilden somit an der Sperrplatte
Seitenteile 120 aus, die die Unterseiten 42 und 42a der
Schienen unterfassen. Vorzugsweise hat jede Ausnehmung 112 eine
Breite von etwa 1,6 mm (0,063 in) und eine Tiefe von etwa 0,76 mm
(0,03 in).
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Zu
Zwecken, die nachfolgend noch näher
erläutert
werden, ist jeder der beiden einander gegenüberliegenden, seitlichen Kantenbereiche
der Sperrplatte P mit einem nach außen offenen Durchlaß 122 versehen,
der sich zwischen der Oberfläche 106 und den
abgeschrägten
Flächen 110 an
der Unterseite der Sperrplatte er streckt. Jeder der Durchlässe 122 bildet
eine innere Wand 124 parallel zu der Innenwand 116 der
zugehörigen
Ausnehmung 112 und in einem Querabstand von dieser nach
innen hin und hat in Längsrichtung
der Sperrplatte voneinander beabstandete Endflächen 126, die nach
außen
von der Fläche 124 vorragen.
Die Durchlässe 122 sind
vorzugsweise zueinander ausgerichtet und befinden ich in der Nähe eines
der Enden 102 der Sperrplatte, jedoch in einem Abstand
von diesem, so daß sie
sich auch in einem Abstand des einen Endes der Bodenkante 100 des
zugehörigen
Schienensockels befinden. Aus Gründen,
die nachfolgend noch erläutert werden,
hat die Sperrplatte P vorzugsweise eine Länge zwischen den Enden 102,
die größer ist
als die Länge
der Bodenkanten 100 der Schienensockel, wodurch der Abstand
der Durchlässe 122 von
dem Ende 102 ausreichend ist, um sicherzustellen, daß die Durchlässe innen
im Abstand von den äußeren Enden
der Bodenkanten 100 liegen, wie dies in 5 dargestellt
ist. Vorzugsweise hat jeder Durchlaß 122 eine Länge von
etwa 42 mm (1,63 in) und eine Breite von etwa 2,6 mm (0,103 in).
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Wie
sich am besten in 8 erkennen läßt, ist bei dieser Ausführungsform
ein Wärmeisolationsbauteil 128,
vorzugsweise eine keramische Kachel, unter der Sperrplatte P zwischen
deren einander gegenüberliegenden
Enden angeordnet. Die Kachel übergreift
die Sperrplatte in Querrichtung und hat Seitenbereiche 130,
die über
die entsprechenden Seitenteile 120 der Sperrplatte vorragen.
Das Wärmeisolationsbauteil 128 ist
in einer Ausnehmung 134 eines darunter angeordneten Unterlegschuhs 132 aus
Kupfer aufgenommen, der das Isolationsbauteil seitlich übergreift
und der Oberseiten 136 aufweist, die sich gegen die Unterseiten 42 und 42a der
Schienen 10 und 12 anlegen. Vorzugsweise hat das
Wärmeisolationsbauteil 128 ein
Profil mit einer die Unterseite 108 der Sperrplatte P untergreifenden
und sich an diese anlegenden Oberfläche 138, während die gegenüberliegenden
Seitenteile 130 eine knollenartige Kontur haben, mit der
sie sich an den entsprechenden Unterseiten 42 und 42a der
Schienen seitlich außen
neben den Seitenteilen 120 der Sperrplatte P anlegen. Durch
die Form der Seitenteile 130 ergibt sich eine Taschenöffnung 140 unterhalb
der Unterseite einer jeden Schiene, deren Zweck nachfolgend beschrieben
werden wird. Vorzugsweise ist das Wärmeisolationsbauteil 128 in
der Unterlegplatte 132 angeordnet und die Sperrplatte wird
dann auf dem Wärmeisolationsbauteil
ausgerichtet, woraufhin dann die gesamte Anordnung in Baueinheit
unter den Enden der im Abstand voneinander angeordneten Schienen
ausgerichtet wird, wobei die Sperrplatte so positioniert und relativ
zu den Unterseiten der Schienen fixiert wird, daß sie sich in gutem elektrischen Kontakt
mit diesen befindet. Die Sperrplatte wird relativ zum Spalt im Sockelbereich
zwischen den Schienen so befestigt, daß ausgeschlossen ist, daß sie sich
während
des Vorwärmens
der einzelnen Teile bewegt oder veschiebt oder ihre Lage während des Aufschweißens der
Wurzellage verändert.
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Am
besten aus 4 ist erkennbar, daß der Schalungsschuh
SH1 einen oberen Querträger 142 hat,
von dem die Schalungsschuhsegmente 144 und 146,
die aus schweren Kupferblöcken
bestehen, so herabhängen,
daß sie
entlang des Kopfes der Schiene verschiebbar sind. Der obere Querträger 142 sorgt
auch für
die Ausrichtung der Schuhsegmente 144 und 146 zueinander
und gewährleistet
den richtigen Abstand des Segmentes 144 von dem Segment 146,
so daß zwischen
den Schuhsegmenten und den Schienenabschnitten ein Spalt 148 verbleibt.
Die Segmente 144 und 146 haben nach innen in Richtung
auf die Schienen weisende Innenseiten 150 und 152,
die an die Kontur der Schiene 10 angepasst sind, so daß beim Verschieben
der Schuhe SH1 und SH2 aufeinander zu der Spalt g geschlossen wird und ein Hohlraum entsteht,
der eine Querschnittsform hat, die dem Querschnitt der Schienen 10 und 12 etwa
entspricht. Um die hängenden
Schalungsschuhe zu stabilisieren, sind zusätzlich zu Befestigungsbolzen 156 und 158 Führungstifte 154 zwischen
den Schuhsegmenten und dem oberen Querträger vorgesehen, mit deren Hilfe
die schweren Kupfersegmente 144 und 146 mit dem
Querträger
verbunden werden können.
Im Betrieb werden die Schuhe zunächst
in die in 3 dargestellte Position gebracht,
in der der Spalt g offen ist
und es gestattet den unteren Sockelbereich der Schienen zu verschweißen. Anschließend werden
die Schuhe aufeinander zu bewegt, um den Spalt g zu schließen. Es können dann die sich vertikal
erstreckenden Stegbereiche 50 und 50a und die
Kopfbereiche 60 und 60a der Schienen 10 und 12 miteinander
verschweißt werden.
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Vorzugsweise
sind die Wurzelplatte 132 und die seitlichen Schalungsschuhe
SH1 und SH2 mit Kühlmitteldurchlässen versehen,
durch die beim Schweißen
ein Kühlmittel
wie beispielsweise Wasser hindurchfließen kann. Wie sich insbesondere
aus den 3 und 4 in dieser
Hinsicht im Zusammenhang mit den Schuhen SH1 und SH2 ergibt, ist jedes
der Seitensegemente 144 und 146 des Schuhs SH1
und jedes der Seitensegmente 144a und 146a des
Schalungsschuhs SH2 mit einem vertikal verlaufenden Kühlmitteldurchlass 160 versehen,
der einen Zulauf 162 zum Anschluß des Durchlasses an eine nicht
dargestellte Kühlmittelversorgung über eine
Zuflußleitung 164 sowie
ein Auslaßende 166 hat,
durch den das Kühlmittel
durch eine Rückflußleitung 168 zurückfließen kann.
Die Sockelplatte 132 hat, wie dies am besten in 3 und 5 erkennbar
ist, in dem Teil der Platte unterhalb der Ausnehmung 134 ein
serpentinenartigen Durchlass, der aus im Abstand voneinander liegenden,
parallelen Abschnitten 170, 172 und 174 und
Verbindungsbereichen 176 und 178 zwischen den
Teilen 170 und 172 und 172 und 174 besteht.
Der serpentinenartige Durchlass hat ein Einlaufende 180 und
einen Auslaß 182,
womit der Kühldurchlass
an eine nicht dargestellte Kühlmittelversorgung
mittels eines Zulaufschlauches 184 und eines Ablaufschlauches 186 angeschlossen
ist.
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Wendet
man sich nun wieder 8 zu, so erkennt man eine Gas-Metall-Lichtbogenschweißpistole 190 im
Spalt g, mit deren Hilfe eine
Metallkernelektrode 192 während des Schweißbetriebes
kontinuierlich vorgeschoben wird. Die Drahtelektrode ist vorzugsweise
eine unter dem Namen "Rail
Weld" bekannte Elektrode
der Firma Lincoln Electric. Wenn die Elektrode unten aus der Schweißpi stole 190 vorgeschoben
wird, kommt es zu einem Lichtbogen C zwischen der Sperrplatte P
und der Elektrode 192. Die Schweißpistole hat einen die Elektrodenführung 196 umgebenden
Kanal 194, aus dem ein Schutzgas G ausgestoßen wird,
wie dies beim herkömmlichen Schutzgasschweißen bekannt
ist. Die Schweißpistole 190 hat
einen Durchmesser x von etwa 13 mm (0,5 in) und die Elektrode selbst
hat einen Durchmesser von etwa 1,5 mm (1/16 in), während die
Breite des Spaltes g zwischen
den stirnseitigen Enden der Schiene 10 und 12 etwa
25,4 mm (1 in) beträgt.
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Für die Durchführung des
Schweißverfahrens,
das nachfolgend noch eingehend beschrieben werden wird, werden zunächst die
Schienen vorgewärmt
und dann wird eine erste Lage, auch Wurzellage genannt, von Schweißmetall
gelegt, indem die Elektrode von einem Ende des Spaltes g zum anderen Ende entlang eines Weges
im Zentrum des Spaltes wie in 8 dargestellt,
bewegt wird, während die
Elektrode seitlich relativ zur Hauptbewegungsrichtung entlang des
Weges oszilliert, wie dies durch den Pfeil 198 in 8 angedeutet
wird. Das Schweißen
der Wurzellage beginnt an dem Ende der Sperrplatte P, das die Durchlässe 122 aufweist,
wodurch ein vollständiges
Eindringen des Schweißmetalls
zu Beginn des Schweißens
der Wurzellage im Anfangszeitraum sichergestellt wird, in dem die
Schweißwärme aufgebaut
wird und noch nicht die Temperatur erreicht hat, die erforderlich
ist, um die Sperrplatte an ihren die Unterseiten der Schienen untergreifenden Seitenteilen
mit ihrer Wurzellage aufzuschweißen. Wie aus 8 gut
erkennbar ist, bilden die Taschen 140 unterhalb der Schienen
einen Freiraum für
das geschmolzene Metall, das durch die Durchlässe 122 fließt, wodurch
sie für
einen vollständigen
Einbrand des Schweißmetalls
durch die Seiten 120 der Sperrplatte sorgen, wenn die Schweißtemperatur
groß genug
ist, daß die
Seitenteile 120 aufgeschmolzen werden.
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Das
Isolatorbauteil 128 verhindert, daß der Lichtbogen bis zur Unterlegplatte 132 durchschlagen kann.
Die Unterlegplatte 132 bildet somit eine gute Wärmesenke,
während
das Isolatorelement 128 verhindert, daß Kupfer in das Schweißbett gelangt
un dieses verunreinigt. Wie man ferner gut in 5 erkennen
kann, ragen die gegenüberliegenen
Enden der Sperrplatte P bei dieser Ausführungsform seitlich nach außen von
den entsprechenden Enden der Schienensockel vor, vorzugsweise um
etwa 6,35 mm (0,25 in), und bilden so Schweißeinlauf- und -auslaufbereiche
am Start- und Endpunkt für
die Wurzellage, wodurch eine Schweißraupe hoher Qualität über die gesamte
Länge der
Schienenbasis sichergestellt ist. Nach dem Verschweißen kann
das zusätzliche Schweißmetall
in den Einlauf- und Auslaufbereichen durch Schleifen entfernt werden.
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Die
Wurzellage wird im Sprühschweißverfahren
geschweißt,
was eine große
Eindringtiefe und eine hohe Hitze in einem großen Bereich des Schienensockels
gewährleistet.
Kühlflüssigkeit
wie beispielsweise Wasser wird durch die Flüssigkeitsdurchlässe in der
Unterlegplatte 132 während
des Schweißens
geleitet. Wenn die von dem Schweißwerkstoff gebildeten Lagen
den Stegbereich der Schienen erreichen, werden die seitlichen Schalungsschuhe
SH1 und SH2 in Stellung gebracht, um den Spalt seitlich zu schließen, und
die einzelnen Elemente der Schalungsschuhe werden von Kühlflüssigkeit
durchströmt,
während
der Spalt im Stegbereich und im Kopfbereich ausgefüllt wird,
indem der Schutzgas-Schweißprozess
fortgeführt
wird.
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9 zeigt
eine Sperrplatte P1, die eine Abwandlung der zuvor beschriebenen
Sperrplatte P darstellt. In 9 ist die
Sperrplatte P1 mit zusätzlichen,
paarweise seitlich einander gegenüberliegenden, nach außen hin
offenen Ausnehmungen 122a versehen, die sich in einem Abstand
von den Ausnehmungen 122 und voneinander befinden, der
etwa 6,35 mm (0,25 in) beträgt.
Abgesehen hiervon ist die Sperrplatte P1 mit der Sperrplatte P auch
hinsichtlich ihrer Abmessungen identisch, was auch durch gleiche
Bezugszeichen in den 6 und 9 dokumentiert
ist.
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Das
nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Schweißverfahren
ist in 10 schematisch in Zusammenhang
mit der Schiene 10 dargestellt. Wie sich hieraus im einzelnen
ergibt, wird die Wurzellage R wie nachfolgend eingehend beschrieben,
im Sprühschweißverfahren
mit konstanter Spannung geschweißt, um große Hitze und Eindringtiefe
zu gewährleisten.
Die zweite Schicht L wird entsprechend der nachfolgenden Beschreibung
in einem Impuls-Lichtbogenschweißverfahren und dem Sprühschweißprozess
geschweißt,
während
der Rest des Spaltes RBG im Sockelbereich im Impulsschweißverfahren
geschlossen wird. Der Stegspalt WG und der Kopfspalt HG, zu dem
auch der Übergangsbereich
TP und der Bereich FW voller Breite gehören, werden ebenfalls im Impuls-Lichtbogenschweißverfahren
in der nachfolgend beschriebenen Weise zugeschweißt.
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In
den 11 bis 13 ist
das Schweißen der
Wurzellage R, das Schweißen
der zweiten Schicht L und das Ausfüllen des Rests des Sockelspaltes
RBG schematisch illustriert. 11 zeigt
die Schienen 10 und 12 im Abstand voneinander
und den sich dazwischen bildenden Spalt g,
der unten durch die Sperrplatte P1 geschlossen ist, die an den Unterseiten
der Sockel 40 und 40a der Schienen anliegt. Wie
dies zuvor bereits erwähnt
wurde, beginnt das Schweißen
der Wurzellage R an einem Ende der mit den Ausnehmungen 122 versehenen
Sperrplatte, wobei die Elektrode 192 sich in 1 am
unteren Ende der Sperrplatte P1 befindet. Die Oberseite der Sperrplatte
wird dazu verwendet, um den Lichtbogen zu zünden, woraufhin die Elektrode 192 entlang
eines einzigen Weges bewegt wird, der durch den Pfeil 200 angedeutet
ist, so daß sie
von der gezeigten Stellung zum entgegengesetzten Ende des Sockelspaltes
läuft,
wobei sie während
dieser Bewegung quer zum Spalt und somit quer zur Hauptbewegungsrichtung 200 hin-
und herbewegt wird, was durch die wellenförmige Linie 0 angedeutet wird.
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Die
Wurzellage wird, wie erwähnt,
im Sprühschweißverfahren
gelegt. Wenn die Elektrode 192 das andere, in 11 obere
Ende der Sperrplatte erreicht, das in 12 durch
die Position der Elektrode bei 192 dargestellt ist, wird
das Schweißverfahren umgehend
vom Sprühmodus
zum Impulsmodus umgeschaltet. Die zweite Lage wird dann geschweißt, indem
die Elektrode entlang eines im wesentlichen rechteckförmigen Weges
bewegt wird, mit einem schrägen
Anfangsstück 202,
mit dem sich die Elektrode zunächst
gegen die Stirnseite der Schiene 12 bewegt, wo sie etwa
45 mm (1–3/4
in) vom Ende des Spalts aus gemessen angelangt, dann entlang eines Weges 204 neben
der Schienenstirnseite zum entgegengesetzten Ende des Sockelspaltes,
von dort weiter ein kleines Stück 206 bis
zur Mitte des Spaltes g. An
dieser Stelle wird die Schweißeinrichtung
wieder zurück
in den Sprüh-Lichtbogenschweißprozess
zurückgeschaltet
und die Elektrode dann entlang der Seitenlinie 208 des
Schweißpfades
bewegt, so daß sie
eine Schweißraupe
im Zentrum der Schienenverbindung zurück zu ihrem Startpunkt legt.
Die Schienensockel haben eine Breite von etwa 150 mm (6 in) quer
zur Schienenlängsrichtung.
Wie in 12 durch die wellenförmigen Linien
0 angedeutet ist, wird die Elektrode 192 vorzugsweise quer
zu ihrer Hauptbewegungsrichtung 202, 204, 206 und 208 hin-
und herbewegt. Beim Aufschweißen
der zweiten Lage reicht die Zeit, die erforderlich ist, um die Elektrode
entlang der einen Seite ihres Weges und dann zurück entlang der anderen Seite
zum Anfangspunkt des Weges zu bewegen, aus, daß die Wurzellage sich ausreichend verfestigen
und abkühlen
kann. Das Ende der Schweißraupe
der Wurzellage hat die Form eines Kraters oder Lunkers, in dem das
Schweißmetall ausgehend
von den Kanten zum Zentrum hin erstarrt, wodurch es dort zu einem
Materialschwund kommt. Die Kornstruktur im Zentrum des Kraters kann
groß sein
und es kann hier zu einem so großen Zusammenschrumpfen kommen,
daß ein
Schweißfehler entsteht.
Da die zweite Lage im Sprühschweißverfahren
fertiggeschweißt
wird, wird die Schweißraupe am
Ende der zweiten Schicht mit einem tief eindringenden Lichtbogen
geschweißt,
die den beim Schweißen
der Wurzellage entstandenen Krater wieder aufschmilzt, den etwa
zusammengeschrumpften Bereich ausfüllt und die Kornstruktur dort
wieder verbessert.
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Nach
Fertigstellung der zweiten Lage, in der sich die Elektrode 192 in
der in 13 dargestellten Position befindet,
wird wieder auf einen Impulsschweißmodus umgeschaltet und der
Rest des Sockelspaltes RBG wird ausgefüllt, indem die Elektrode 192 kontinuierlich
entlang eines rechteckförmigen Weges
bewegt wird, der zunächst
einen kurzen Abschnitt 212 hat, welcher – nur für die dritte
Lage – in der
Mitte des Spaltes g beginnt,
anschließend
entlang der Seite 214 neben der Stirnfläche der Schiene 10 bis
zum anderen Endes des Spaltes verläuft, woraufhin eine Querbewegung 216 an
diesem anderen Ende die Elektrode zur gegenüberliegenden Stirnfläche der
Schiene 12 bringt, wo sie eine Bewegung 218 entlang
dieser Stirnfläche
zurück
bis zu ihrem Ausgangspunkt bei 212 durchführt. Auch
hierbei wird die Elektrode 192 vorzugsweise seitlich in
Bezug auf ihre Hauptbewegungsrichtung 212, 214, 216, 218 in dem
rechteckförmigen
Weg oszilliert, wie dies durch die Wellenlinien 0 angedeutet ist.
Natürlich
kann die Bewegung der Elektrode 192 auch in entgegengesetzter
Richtung erfolgen, also nicht wie beschrieben und dargestellt im
Uhrzeigersinne, sondern entgegen den Uhrzeigersinn.
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Wenn
der Rest des Spaltes im Sockelbereich der vorbeschriebenen Vorgehensweise
ausgefüllt
ist, werden die Kupferschuhe SH1 und SH2 gegeneinander angestellt,
um den Spaltgseitlich zu schließen und
das Ausfüllen
des Stegspaltes WG zu ermöglichen.
Wie man aus den 14 bis 16 der
Zeichnung erkennen kann, wird der Spalt im Stegbereich bei entsprechend
angestellten Kupferschuhen ausgefüllt, indem die Elektrode 192 in
entgegengesetzten Richtungen entlang eines Weges 220 zwischen den
beiden gegenüberliegenden
Enden des Stegspaltes in der Richtung zwischen den Schienenenden,
also in Schienenlängsrichtung
bewegt wird. Die Schweißraupen
werden nacheinander im Impuls-Lichtbogenschweißverfahren aufgetragen, wobei
die Elektrode 192 vorzugsweise seitlich relativ zur Hauptbewegungsrichtung
entlang des Pfades 220 oszilliert wird, wie dies durch
die wellenförmige
Linie 0 in 14 angedeutet ist. Wie sich
aus 15 ergibt, beträgt die volle Amplitude beim
Oszillieren der Schweißpistole
und damit die Elektrode 192 2,6 mm, also 1,3 mm in jede
Richtung, gemessen von der Mittellage des Pfades 220 nach 14.
Durch eine derartige oszillierende Bewegung der Schweißpistole 190 und
der Elektrode 192 wird das geschmolzene Füllmaterial 224 zwischen
den längs
verlaufenden, einander gegenüberliegenden
Seiten der Schalungsschuhe SH1 und SH2 gleichmäßig verteilt.
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Bei
dem bis hierhin beschriebenen Schweißprozess werden die Schweißpistole
und die Elektrode entlang der beschriebenen Wege im Spalt zwischen
den Restteilen der Schienensockel und im Spalt zwischen den Schienenstegen
mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt, wodurch die aufeinandergeschweissten
Lagen Schweißmetall
in diesen Spalten im wesentlichen eine gleichbleibende Dicke in
Vertikalrichtung zwischen dem Anfang und dem Ende ihrer Schweißraupen
haben. Wenn das obere Ende des Spaltes zwischen den Schienenstegen beim
Schweißen
erreicht wird, und somit der untere Teil des Spaltes zwischen den Übergangsbereichen 54 der
Schienenköpfe
auszufüllen
ist, wird weiterhin im Impulsmodus geschweißt, allerdings wird die Art und
Weise modifiziert, in der die Schweißraupen gelegt werden.
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Wie
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der 17 bis 22 ergibt,
werden die Schweißnähte in dem
Spalt zwischen den Schienenköpfen
hergestellt, indem die Elektrode entlang von Wegen gelegt wird,
deren Seiten entlang der Stirnseiten der Schienen verlaufen und
deren Enden sich in der Nähe
der Enden des Spaltes befinden. Die Bewegung der Elektrode entlang
der Wege wird so gesteuert, daß jede
der sukzessiv gelegten Raupen in ihrem Anfangsbereich eine größere vertikale
Dicke hat als an ihrem Endbereich, wobei der Anfang einer Schweißraupe zwischen
dem dünneren
Endbereich einer benachbarten, in entgegengesetzter Richtung geschweißter Raupe
und einer der beiden Stirnflächen
der Schienenköpfe
angeordnet ist.
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19 zeigt
den Bewegungspfad der Elektrode beim Ausfüllen des Übergangsbereichs TP im Kopfspalt.
Die Elektrode 192 wird konti nuierlich entlang von rechteckförmigen Pfaden
bewegt, die einen Anfangspunkt an einem Endes des Kopfspaltes und in
der Nähe
der Stirnfläche
des einen Schienenkopfes haben. Dieser Anfangspunkt ist in 19 durch die
durchgezogen gezeichnete Darstellung der Elektrode 192 und
Schweißpistole 190 dargestellt.
Der rechteckförmige
Schweißweg
besteht im wesentlichen aus einem Seitenabschnitt 226 ausgehend
vom Startpunkt hin zum gegenüberliegenden
Ende des Kopfspaltes entlang der Stirnseite des einen Schienenkopfes,
einem. endseitigen Abschnitt 228 ausgehend vom Ende des
Abschnittes 226 in Richtung auf den Kopf der anderen Schiene,
einem Seitenabschnitt 230 ausgehend vom Endpunkt des Abschnittes 228 in
Richtung auf das erste Ende des Kopfspaltes entlang der Stirnseite
des Kopfes der anderen Schiene und dann einem Endabschnitt 232,
der den rechteckförmigen
Weg schließt
und an dessen Anfangspunkt endet. Vorzugsweise wird die Elektrode, wie
durch die Wellenlinien 0 angedeutet, quer zu ihrer Hauptbewegungsrichtung 226, 228, 230 und 232 oszilliert.
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In 17 bezeichnet
das Bezugszeichen 234 die Oberseite der letzten im Spalt
zwischen den Schienenstegen geschweißten Lage. Die erste Schweißraupe WB1,
die darauf in dem Spalt zwischen den Übergangsbereichen der Schienenköpfe hergestellt
wird, wird entlang der Seite 226 des Pfades geschweißt und hat
einen Anfangsbereich S1 und einen Endbereich E1, die sich jeweils
an den seitlichen Kanten 236 und 238 des Kopfspaltes
befinden. Die Schweißraupe
WB1 ist am Anfangsbereich S1 dicker als am Endbereich E1 und hat,
wie in 18 erkennbar ist, ein äußeres Ende
CL am Anfangsbereich, mit dem es nach außen über die Kante 236 des
Spaltes ragt. Das Schweißnahtprofil
und das frei auskragende Ende hiervon werden in einer Art und Weise
hergestellt, die anhand der 18 bis 20 zusammen
mit der 17 ersichtlich ist. Wie sich
aus den 18 und 19 ergibt,
wird die Schweißpistole 190 mit
der Elektrode 192 zunächst nahe
der Kante 236 am Anfangsende des rechteckförmigen Weges
positioniert und schließlich
nach rechts in den 18 und 19 entlang
der Seite 226 des Pfades bis zur Kante 238 des
Spaltes bewegt. Erfindungsgemäß wird die
Schweißpistole
und Elektrode am Anfangsbereich an der Seite 226 des Pfades
während
einer vorbestimmten Zeitdauer auf der Stelle gehalten, wodurch die
Kraft des Lichtbogens C das geschmolzene Metall seitlich und in Längsrichtung
vom Anfangsbereich wegdrückt.
Es ist hier anzumerken, daß es
keinen Kontakt des Lichtbogens mit den Kupferschuhen gibt, während das Schweißmetall
in der vorbeschriebenen Weise aufgeschmolzen wird, und daß das geschmolzene,
den Schalungsschuh 146a kontaktierende Metall eine Haut
SK am Anfangsende der Schweißnaht
bildet, wie dies in den 17 bis 20 erkannt
werden kann.
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Nach
einer vorbestimmten Haltezeit am Anfangsbereich des rechteckförmigen Weges
werden Schweißpistole
und Elektrode von der in den 18 und 19 dargestellten
Startposition zu dem in den 17 und 19 gezeigten
Schweißnahtende
mit vorgegebener Geschwindigkeit bewegt, die zusammen mit der Verzögerungszeit
am Schweißnahtanfang
zu einem Schweißnahtprofil
führt,
das sich verjüngt,
so daß die
Schweißnaht
am zweiten Ende E1 dünner
ist als am Anfang S1. An der Ecke zwischen der Längsseite 226 und der
Querseite 228 des rechteckförmigen Weges wird die Bewegung
der Elektrode wiederum für
eine vorbestimmte Zeit unterbrochen, so daß geschmolzenes Metall nach
außen
gegen den Kupferschuh 144 fließen kann, woraufhin die Elektrode
entlang der Querseite 228 in die Ecke bewegt wird, die
diese mit der Endseite 230 des Rechteckweges bildet. In
dieser Ecke wird die Elektrode wiederum in ihrer Bewegung unterbrochen,
so daß auch
hier geschmolzenes Metall nach außen gegen den Kupferschuh 144 fließen kann.
Die Position der Elektrode 192 in der Ecke zwischen der
Querseite 228 und der Längsseite 230 des
rechteckförmigen Weges
ist der Anfangspunkt S2 der zweiten Schweißnaht WB2, das heißt auch
hier sammelt sich zunächst
wie bei der Schweißnaht
WB1 das geschmolzene Schweißmetall
am Anfangsbereich S1 der zweiten Schweißnaht WB2 infolge der verzögerten Bewegung
der Elektrode, so daß auch
hier ein Teil der Schweißnaht
WB2 nach außen
von der Kante 238 vorragt, wie dies in 22 erkennbar
ist.
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Anschließend an
diese Verzögerung
wird die Schweißpistole
mit der Elektrode entlang der Längsseite 230 zurück zur Kante 236 mit
einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt, wobei diese Bewegung zusammen
mit der Verzögerung
am Startbereich der zweiten Schweißnaht dafür sorgt, daß die Schweißnaht WB2
an ihrem Anfangsbereich S2 vertikal dicker ist als an ihrem Endbereich
E2. An der Ecke zwischen der Längsseite 230 und
der Querseite 232 des Rechteckweges wird die Elektrode 192 wiederum während eines
vorbestimmten Zeitraums angehalten, so daß geschmolzenes Metall nach
außen
gegen den Kupferschuh 146 fließen kann, und wird dann entlang
der Querseite 232 zurück
zum Ausgangspunkt bewegt. An dem Ausgangspunkt wird die Bewegung
der Schweißpistole
erneut für
einen bestimmten Zeitraum unterbrochen, so daß aufgeschmolzenes Schweißmetall
nach außen
gegen den Kupferschuh 146a fließen kann und der Anfangsbereich
S3 der nachfolgend zu schweißenden
Schweißnaht
WB3 vertikal dicker wird. Dieser Anfangsbereich liegt über dem
Anfangsbereich der ersten Schweißnaht WB1, wie man gut aus
den 19 und 21 ersehen
kann.
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Das
Auftragsschweißen
entlang des rechteckigen Schweißpfades
wird dann wiederholt, um nacheinander längs neben- und übereinanderliegende
Schweißraupen
entlang der Stirnseiten der Schienenköpfe im Übergangsbereich des Kopfspaltes
herzustellen.
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Nachdem
der Übergangsbereich
TP des Kopfspaltes in der vorbeschriebenen Weise vollständig ausgefüllt ist,
wird der Rest des Spaltes FW weiter im Impuls-Lichtbogenschweißverfahren
ausgefüllt.
Der Schweißweg
der Schweißpistole
und -elektrode wird dabei jedoch von dem in 19 gezeigten Rechteckweg
auf einen Weg umgestellt, wie dieser in 19a dargestellt
ist und der nach Art etwa der Ziffer 8 verläuft. Die Schweißpistole 190 bewegt
sich hierzu mit der Elektrode 192 von einem Anfangsbereich
an einem Endes des Spaltes g,
der in der 19a in durchgezogenen Linien
dargestellt ist, zunächst
entlang einer Längsseite 240 an
der Stirnfläche
von einer der Schienen entlang zum gegenüberliegenden Ende des Spaltes,
dann entlang eines Diagonal abschnittes 242 ausgehend vom
Endbereich der Längsseite 240 zurück zum ersten
Ende des Spaltes an eine Stelle in der Nähe der Stirnfläche der anderen
Schiene, dann entlang der zweiten Längsseite 244 nahe
dieser Stirnfläche
der zweiten Schiene hin zum gegenüberliegenden Ende des Spaltes und
von dort schlußendlich
entlang eines zweiten Diagonalabschnittes 246 ausgehend
vom Endbereich der zweiten Längsseite 244 zurück zum Ausgangspunkt
des Schweißweges.
Dieses Schweißmuster hat
den besonderen Vorteil, daß das
abgelagerte Schweißmetall
gleichmäßiger abkühlen kann.
Darüber
hinaus ist die Schweißablagerung
besonders gleichmäßig. Wie
zuvor schon im Zusammenhang mit den anderen Schweißmustern
insbesondere in Zusammenhang mit 19 erläutert, wird
die Elektrode vorzugsweise quer zu ihrer Hauptbewegungsrichtung
entlang des Schweißpfades
hin- und herbewegt, wie dies durch die Wellenlinien 0 angedeutet ist.
Darüber
hinaus wird die Schweißpistole
mit der Elektrode in ihrer Bewegung für einen vorbestimmten Zeitraum
am Anfangsbereich der Längsseite 240 verzögert oder
festgehalten ebenso wie an jeder der Ecken, an der sich die Bewegungsrichtung
des Schweißpfades ändert. Schweißpistole
und Elektrode werden entlang der Längsseiten und der diagonalen
Abschnitte des Schweißpfades
mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt. Dem Schweißmuster,
das ähnlich
wie eine Ziffer 8 aussieht, folgt die Schweißpistole
mit der Elektrode, bis der sich über
die gesamte Breite des Schienenkopfes erstreckende Restteil des
Kopfspaltes ausgefüllt
ist.
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Die 21 und 22 lassen
erkennen, daß die
vertikal übereinander-
und in Längsrichtung nebeneinander
geschweißten
Raupen im Übergangsbereich
TP des Kopfspaltes einander im wesentlichen in der Mitte zwischen
den Stirnseiten der Schienen überlappen,
während
die zweiten Enden von übereinanderliegenden
Schweißraupen
seitlich vom Zentrum des Spaltes überlappen. Obwohl dies in den 21 und 22 nicht
dargestellt ist, haben die im darüberliegenden, sich über die
gesamte Breite des Schienenkopfes erstreckenden Spaltbereich geschweißten Raupen,
die wie in 19a dargstellt aufgetragen wurde,
im wesentlichen dasselbe Profil in ihrem Querschnitt und in Längsrichtung
der Schweißraupen.
Wie sich darüber
hinaus noch aus 22 ergibt, sind die Anfangsbereiche
der Schweißraupen
sowohl im Übergangsbereich
wie auch in dem darüberliegenden,
sich über
die ganze Breite der Schienenköpfe
erstreckenden Teilbereich an beiden seitlich einander gegenüberliegenden Kanten
des Kopfspaltes so ausgebildet, daß sie über diese und die darunterliegende
Schweißnaht
vorragen, wodurch eine bestmögliche
Unterstützung
für die
darüberliegende
Schweißnaht
geschaffen und die Festigkeit im ausgefüllten Bereich entlang der seitlichen
Flächen
der Schienen im Übergangs- und Kopfbereich
optimiert wird. In entsprechender Weise sorgen die vertikal übereinanderliegenden
Anfangsbereich der Schweißnähte im Zentral-
und Kronenbereich des Spaltes zwischen den Schienenköpfen wie auch
entlang des Übergangsbereiches
in vorteilhafter Weise für
eine Schweißverstärkung an
den einander gegenüberliegenden,
seitlichen Kanten der Schiene und optimieren die Festigkeit der
Schweißung
zwischen den Kopfteilen.
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Die
Verzögerungszeit
oder Haltezeit der Elektrode an jeder Ecke des in den 19 und 19a gezeigten Schweißweges beträgt zwischen 0,1 und 1 sek.
Im Anschluß an
die Verzögerungs- oder
Haltezeit an jeder Ecke wird die Elektrode entlang der Längs- oder
Querseiten bzw. der Diagonalabschnitte im Schweißweg mit Geschwindigkeiten von
bis zu 765 mm pro Minute (30 in pro Minute) und mit einer
Schweißdrahtzufuhrrate
von 2540 bis 8130 mm pro Minute (100 bis 320 Inch pro Minute) bewegt. Die
Verzögerungszeit,
Geschwindigkeit und Drahtzufuhrrate ermöglichen es, die Form der Schweißnaht gut
zu steuern, eine gute Schweißqualität zu erreichen
und dennoch eine hohe Produktivität zu erhalten.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern es sind viele Änderungen
möglich, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Demgemäß soll die vorangegangene Beschreibung
als Erläuterung,
aber nicht als Beschränkung
der Erfindung verstanden sein.